В. И. Смирнов (987304), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Более того, после термической обработки вблизи поверхности пластины часто повышается концентрация электрически нейтральных примесных атомов, которые снижают время жизни носителей заряда в полупроводнике.Высококачественный отжиг приповерхностных дефектов может быть выполнен путем обработки поверхности пластины лазерным излучением. Придостаточно высокой мощности лазерного излучения происходит расплавлениетонкого приповерхностного слоя пластины. При снижении температуры расплавленные области кристаллизуются, при этом расположенная ниже бездефектная область монокристаллической пластины выполняет роль затравки.Обычно используют импульсный режим работы лазера, причем обработку пластины осуществляют путем сканирования лазерного луча по поверхности.
Скорость сканирования зависит от размера пятна и частоты импульсов. Ее подбирают такой, чтобы соседние облученные области перекрывались.Достоинств у такого способа отжига несколько. Во-первых, вследствиемалой продолжительности лазерного отжига исключается необходимость проводить отжиг в вакууме или специальной инертной среде с тем, чтобы предотвратить окисление поверхности или загрязнение ее неконтролируемой примесью.
Во-вторых, обработка лазерным лучом осуществляется не всей поверхно46сти пластины, а лишь тех ее областей, где образовались радиационные дефекты. В-третьих, изменяя мощность светового потока и длительность облучения,можно управлять глубиной залегания имплантированных атомов примеси вподложке.Лазерно-стимулированная диффузияСущность данного метода заключается в нанесении на поверхность полупроводниковой пластины тонкого слоя легирующего элемента и облучения егоимпульсным лазерным пучком. В результате происходит быстрое расплавлениенанесенного слоя и приповерхностной области самой пластины.
При плотностиэнергии порядка 1−10 Дж/см2 слой расплавляется за время примерно 1−10 нс.Плавление пластины возникает вследствие передачи теплоты за счет теплопроводности от расплавленного слоя и частично за счет непосредственного поглощения части энергии лазерного импульса. С ростом энергии импульса количество атомов легирующей примеси в полупроводниковой пластине возрастает,достигает максимума, а затем уменьшается. Это обусловлено быстрым испарением примеси при высоких энергиях лазерного излучения.Легирование происходит за счет диффузии примеси в жидкой фазе полупроводника. Последующая мгновенная кристаллизация приповерхностногослоя ведет к образованию метастабильного перенасыщенного твердого раствора, концентрация примеси в котором нередко на 1 − 2 порядка выше предельнойрастворимости. Легирующая примесь проникает в расплав на глубину примерно 0,3 − 0,35 мкм и распределяется там по кривой с максимум на глубине 20 −30 нм.Таким способом формируют мелкие р-п-переходы в кремнии и омическиеконтакты в арсениде галлия.
Способ позволяет получать значительно болеерезкий профиль распределения примеси по глубине, чем в методе ионной имплантации. При этом обеспечивается высокая однородность легирования поплощади пластины.ГрафоэпитаксияСущность метода графоэпитаксии заключается в выращиваниина аморфной подложке монокристаллических (или поликристаллических) эпитаксиальных слоев. Впервые это удалось сделать сотрудникам Массачусетскоготехнологического института. На подложке из плавленого кварца, имеющегоаморфную структуру, с помощью фотолитографии формировался рельеф, представляющий собой систему параллельных канавок глубиной 0,1 мкм с шагом3,8 мкм.
На поверхность подложки осаждался слой аморфного кремния толщиной около 0,5 мкм. После этого слой аморфного кремния обрабатывался лучомаргонового лазера. В результате процесса рекристаллизации аморфный кремний конвертировался в монокристаллическое состояние с кристаллографической ориентацией (100) в направлении, перпендикулярном плоскости подложки.47Такой способ выращивания монокристаллического полупроводниковогослоя на аморфной подложке открывает новые возможности для изготовлениямикроэлектронных приборов.
С его помощью можно изготавливать на однойи той же подложке слои с различной кристаллографической ориентацией илисоздавать пространственные структуры, выращивая второй полупроводниковый слой на диэлектрическом аморфном подслое, например, из оксида кремния.Еще одним примером графоэпитаксии является так называемый метод«мостиковой эпитаксии». В этом методе на пленку из оксида кремния,в которой методом фотолитографии сформированы окна, наносился слой поликристаллического кремния. После этого кремниевый слой подвергался лазерному отжигу.
В результате из окон в пленке SiO2 начинался рост эпитаксиального слоя монокристаллического кремния.3.7. Процессы в кремниевых структурах,стимулированные радиационными дефектамиУлучшение качества оксидного слояЭлектрическиесвойстваоксидногослоя,сформированногона поверхности кремниевой подложки, в значительной степени зависятот наличия в нем ионов щелочных металлов, которые могут попастьв оксидный слой на этапе фотолитографии при удалении фоторезиста щелочами. Эти ионы способны мигрировать под воздействием электрического поля,что снижает электрическую прочность слоя SiO2.
Добавление в газ окислительхлорсодержащих компонентов позволяет снизить негативное влияние этих ионов. Другим вариантом является обработка оксидного слоя небольшими дозамитяжелых ионов.Бомбардировка тяжелыми ионами вызывает в оксидном слое образованиеструктурных радиационных дефектов, действующих как ловушки для ионовщелочных металлов. Ионы натрия или калия, мигрирующие в оксиде кремния,попадают в области с высокой концентрацией радиационных дефектов и закрепляются там. Энергию ионов подбирают из условия их полного торможения воксидном слое.
Дозы облучения составляют величину порядка 1012 − 1013 см-2.Бомбардировка осуществляется ионами инертных газов, а также ионами бораи фосфора.Улучшение качества структур «кремний на сапфире»Из-за несогласованности кристаллических решеток кремния и сапфиракачество эпитакcиального слоя кремния, граничащего с подложкой из Al2O3,значительно хуже, чем в монокристаллическом слитке.
В нем повышена концентрация структурных дефектов, что сказывается на подвижности носителейзаряда. Для устранения структурных дефектов производят бомбардировку эпитаксиального слоя ионами неактивных примесей, чаще всего ионами кремния.Энергию ионов подбирают так, чтобы максимум разупорядочения структуры48приходился на границу раздела Si − Al2O2. При достаточно высокой дозе облучения происходит аморфизация глубинных областей, в то время как поверхностные области эпитакисиального слоя остаются относительно бездефектными.В процессе последующего термического отжига поверхностные области служатзатравкой при эпитаксиальной рекристаллизации, совершающейся вглубь слоявплоть до границы раздела Si − Al2O2.
Все это, в конечном итоге, позволяет повысить качество КНС-структур.Управление номиналами резисторовРезисторы в полупроводниковых микросхемах формируют совместнос другими элементами, например, транзисторами. Структура резистора, выполненного на основе базового слоя биполярного транзистора, представлена нарис. 3.14. Сопротивление резистора определяется размерами области р-типа иее удельной электропроводностью. Если резистор формируется путем диффузионного легирования, то обеспечить высокую воспроизводимость параметров резистора не представляетсявозможным. Существующий технологический разброспараметров составляет примерно 10 %. Формированиерезистора с помощью ионной имплантации хотя и обесРис. 3.14.
Структурапечивает введение заданного количества примесныхполупроводниковогорезистораатомов, но возникновение структурных радиационныхдефектов и, как следствие, необходимость проведениятермическогоотжигатакжепозволяютизготовитьрезисторыс технологическим разбросом примерно 10 %.Получить более точные параметры резистора можно, используя методдвойной ионной имплантации. Для реализации этого метода вначале создаетсярезистивный слой р-типа проводимости, для чего пластина кремния через соответствующую маску облучается ионами бора и затем отжигается. После этогоизмеряется сопротивление и, если оно отличается от номинального, производится коррекция. Для уменьшения сопротивления достаточно имплантироватьдополнительно определенное количество примесных атомов и произвести отжиг.При необходимости коррекции сопротивления резистора в сторону повышения поступают следующим образом.
Через ту же маску имплантируют дополнительные ионы бора, но отжиг не производят. Ионы бора, внедряясьв резистивный слой, образуют в нем кластеры дефектов, действующие как центры захвата свободных носителей. В результате сопротивление слоя возрастает,и номинал резистора достигает требуемого значения.Изоляция элементов ИМСДефекты, образующиеся при имплантации, создают глубокие уровнив запрещенной зоне полупроводника, что вызывает сдвиг уровня Ферми49к середине запрещенной зоны. В широкозонных материалах, какими являютсямногие полупроводниковые соединения группы А3В5, это приводитк появлению областей с низкой электропроводностью. Эти области могут бытьиспользованы для изоляции элементов полупроводниковой ИМС друг от друга.Поверхность пластины в этом случае облучается протонами или ионамиинертных газов с высокими энергиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
